低功耗嵌入式软件设计的要点！

硬件产品，低功耗设计是提升产品竞争力的关键因素之一。

低功耗设计的主要意义：

• 延长电池寿命：对于便携式设备（如智能手机、平板电脑、可穿戴设备等），低功耗设计能够显著延长电池使用时间，减少用户频繁充电的需求，提升用户体验。
• 降低运行成本：在长期运行的应用场景中，低功耗设计能够显著降低能耗成本。
• 提高系统可靠性：高功耗会导致设备温度升高，而高温是电子元件老化和失效的主要原因之一。通过低功耗设计，可以降低设备的运行温度，减少因过热导致的故障，提高系统的稳定性和可靠性。

低功耗设计的具体实现方式涉及到多个部分：硬件设计、软件设计、散热设计等方面。

本篇文章我们着重关注低功耗软件设计的一些要点。

任务调度与休眠管理

RTOS通常具有高效的任务调度机制和资源管理能力，能够减少CPU的空闲时间，避免不必要的能耗。此外，一些RTOS还支持低功耗模式，如睡眠模式或深度睡眠模式，当系统处于空闲状态时，可以自动进入低功耗状态，从而显著降低能耗。

比如，FreeRTOS提供了一个叫做Tickless的低功耗模式，该模式通过减少不必要的系统时钟中断来降低功耗。

Tickless模式在空闲任务执行期间关闭系统节拍中断（滴答定时器中断），只有当其他中断发生或任务需要处理时，处理器才会被唤醒。这样可以显著减少处理器在空闲时的功耗。

通过配置FreeRTOSConfig.h文件中的宏来启用和配置Tickless模式，如configUSE_TICKLESS_IDLE和configEXPECTED_IDLE_TIME_BEFORE_SLEEP等。

数据处理与算法优化

优化算法和数据处理过程也是降低嵌入式系统功耗的有效途径。通过选择高效的算法和数据结构，可以减少CPU的计算量和内存访问次数，从而降低系统能耗。同时，对于需要频繁进行数据处理的应用场景，可以考虑使用硬件加速器（如DSP、GPU等）来分担CPU的计算任务，进一步提高系统的能效比。

1、使用固定点代替浮点

在许多嵌入式系统中，使用定点数（Fixed-Point Arithmetic）代替浮点数（Floating-Point Arithmetic）运算可以显著减少计算量和功耗，因为定点运算通常比浮点运算更快且能耗更低。

浮点计算示例（非优化）

#include <stdio.h>  
  
float multiplyAndAdd(float a, float b, float c) 
{
     
    return a * b + c;  
}  
  
int main(void) 
{
     
    float result = multiplyAndAdd(1.5f, 2.3f, 4.2f);  
    printf("Result: %f\n", result);  
    return 0;  
}

固定点计算示例（优化）

在这个例子中，我们使用整数来表示固定点小数，并假设我们使用一个固定的比例因子（如1000）来表示小数部分。这意味着我们将所有的浮点数乘以1000并转换为整数，然后进行计算。

#include <stdio.h>  
  
// 比例因子  
#define